]-PARCセ ン タ ー副センター長池田裕二郎

100kWパワー供用運転に入ったというニュ ースを聞きながら ]-PARCについて思うことを 書 いてみます。今から 9年前の 2000年に、念願の ]-PARC計画が文部省と科学技術庁統合のシンボルとして予算化されました。その与えられた 責任の重大さと共に待ちうけているであろう挑戦的技術の困難さは頭の片隅にあったとしても、それまでの 20年来の多くの方々の念願がやっと果たされた当時の熱気、それ以上に何としてもやり遂げる自負と情熱に包まれた 2
1世紀の幕開けであったことを昨日のように思い出します。爾来、日本経済の所謂失われた 10年のどん底経済がプロジェクトの最初にありました。その後、特に北京オリンピックの特需を中心とする猛烈な資源需要の波にさらされながら、 最先端加速器と利用施設建設が、プロジェクトチームの献身的な血と汗と涙の結晶として結実して、 2009年の年の瀬を迎えようとしている今、計画から建設、性能の確認まで携わった者として、感慨ひとしおです。
100kWを超える陽子ビーム運転をもって、野心的な JPARC陽子加速器、中性子とミュオン実験施設は、世界最高のビーム性能であることが示されようとしております。 J
PARCで得られた世界最先端のサイエンス成果も学術誌への掲載が始まり、既に複数の有償利用の課題申請が届くなど、学術のみならず産業界からの利用期待もひしひしと実感しております。まずは国際的にもそれほど遜色のないまとまった中性子及び ミュオ ンビ ームを使っていただくレベルに達したことで少しほっとしている次第ですが、さらに、高出力で安定した高品質なビームを提供することが我々に与えられたミッションと肝に銘じております。これからは、ユーザ、の皆様に最高の成果を挙げていただくための利用環境をいかに 享受していただくかで施設側の技量が試されると思っております。
しゃにむに走 ってきた 10年でしたが、これからは少しでも心に余裕を持ち、皆様の心地よい利用を第一にと考えております。
早晩、多様な実験装置群が共用促進法などにより整備が進み、産業界からの利用の選択肢と機会は格段に拡大いたします。 一つ一つが手探りですが、私ども ]-PARCセンターの中心的取組みとして、 ]-PARACの成果を最大にするという理念のもとに、よりよい施設運営を目指してまいります。

E三然話路化命物製造業における強力中m主孟線企~温味の素株式会社理事鈴木栄一郎
分析化学会の「ぶんせき J (2009年 6月号、談話室)に書いたことですが、 昔の「分析化学実 験法」の本の最初には、定性・定量に始まる諸分析の分類が載っていて、「その操作の手法または装置の特徴から特殊分析(点滴、検鏡、分光、X線、クロマトグラフイ、ポーラログラフィ)ともいうべきものがある」とあります。今では、ほとんどが「特殊分析」であり、その威力は光源・線源や検出器によって様変わりします。その意味で、ともに国家基幹技術である、 X線自由電子レーザー(播磨 SPring-8施設内)と中性子線(東海村の]-PARC) は、分析に従事する者として注目せずにはし h られません。前者は欧米と一番乗りを競う夢の光であり、後者はわが国が他の追随を許さない強力線源ですが、これらの開発・実用化が構造解析を含む分析化学に及ぼす影響は実に大きいと言えます。
]-PARCの強力中性子線への具体的な期待としましては、a

まず、水素が良く見えるという、 X線を補完する機能から、分子間水素結合が主体の結晶の精密構造解析が挙げられます。
結晶多形・多型や吸湿・固結などの諸現象は、古来、アミノ酸類等の天然有機化合物製造業におけるメインテーマであり、完全には解明されていない重要事項が数多くあります。単なるプロセス技術開発上の重要性に留まらず、既知化合物であっても、進歩性のある結晶体は物質特許になりますので、その経済価値も高いと 言 えます。また、結晶の素性は原薬の生物学的利用率 (bioavailability) と密接に絡みますので、製薬産業においても 重要です。
以上の他に、中性子に対する意外な応用として、香辛料(主には乾燥植物;加熱処理でアロマが失われにくい種子類を除く)の殺菌・殺虫法としての中性子線照射があるよ うです。
日本では、この種の研究にー企業が取り組むことには難しい面があり、パブリック・アクセプタンスが簡単に得 られるとは思えませんが、大学や公的機関主体の研究により十分な安全性と経済合理性が証明されるならば、アロマ保持率の高い処理法として有望ではないかと思います。

eJ-PARCの実験装置および研究トピックス
JPARC
j
MLFの工学材料回折装置 「匠」
日本原子力研究開発機構 J-PARCセンタ一
物質・生命科学ディビジョン
研 究 主 幹 相 津 一也、
研 究 副 主 幹 ス テ フ ァ ヌ ス ハルヨ

J-PARCj
MLFの「匠」は中性子による 工学回折を行なうための装置として建設されました。工学回折とは、回折プロファイルのピーク位置、広がり、積分強度等から、それぞれ、物体内の弾性ひずみ(応力)、結晶粒子サイズや格子欠陥、集合組織等を定量的に求めるもので、 工学基礎および応用研究に適用できます。原子炉中性子源を用いた
工学回折装置で¥は、 lつのピーク、 l方向のひずみ成分しか一度に測定できなかったため、長い測定時間を要し、応力測定以外の応用が難しい面がありました 。一方、図 lに示す匠は、入射中性子ビームに対して:::!:::90 の 2箇所に一畳程度の面積を持つ検出器パンクを配置してあり、直交2方向のひずみ成分を 同時に測定できます。これに加えて、匠は飛行時間型中性子回折装置ですので、複数の格子面の回折ノ tターンを同時に測定できます。 匠は、通常運転モードでは 0.05nmから 0.26nmまでの面間隔範囲を同時に5"''20個の回折ピークを測定可能で、鉄鋼材料の場合 1)。 セラミ ックス等の格子面間同時に観察できます(図 247nmという隔の大きい材料の場合は、 0.05nmから 0.
広い面間隔の測定が可能な運転モードも選択可能です。 また、匠は、散乱角 90 の検出器では 最高分解能 L
1djdが0.2%以下で、工学回折装置の中で最高分解能を有しています。匠は、応力視jI定の他に、相変態、集合組織測定、変形の異方性等の研究を行うための非常に有力な装置です。
なお、試料環境周辺装置として、各種ラジアルコリメータや負荷試験機(高温炉、オイラークレードル、低温装置など)を整備済みまたは整備中です。
匠を含めて MLFの中性子実験装置は、イベント式データ集積法を採用しています。 これは、検出器で検知された中性子一個一個に対して、 パ ルス情報、時問、位置情報等のデータを保存する方法です。 この方法は、過渡現象等の時分割測定やその場測定に非常に有効で、匠での実験でもその有効性が確認されました。時分割測定の例として、鉄鋼試料を 室温から 900Cに 10分間加熱し、その後保持した時のデータを図 3に示します 。 これは、試料サイズが25mm3" 中性 子 源 が 20kW運 転 で 、 検 出 器 が 全 体 の60%設置された時のものです 。 その場測定の例として、YBa2CU307(YBCO) 超伝導複合材料のテープの常温変形挙動を調べるための実験結果の 一部を図 4に示します。
実験で用いた YBCOテープは総厚が 100μ m程度の層状複合材料であり、約 40μm厚のハステロイ 基板上の lμm 厚の YBCO層が上下面にそれぞれ約 20μmの Cuで被覆されています。実験は、 2枚重ねたテープを図 4上の000

グ ラフ中の模式図のように装置に対してセッ飛行距艦トし、荷重を段階的に変 え 、 回 折パ ターンを約 2時間で収集しまし検出器
試料た。この時の中性子源の出力は 20kWでした。
YBCOテープの特性を考えずに 全 検出器ピ クセルを積算した場合はYBCOカ〉らのピークをディスウ確認することが困難で、チヨッパーした そこで、イベン
中 性 子源中性子の飛行時間
トデータを各ピ クセルのヒストグラムデータ
図 2 匠での飛行時間法の測定原理に再加工し 2D回折パターンとしてプロ ッ トする(図 4上)と、 YBCOからの回折が散乱角 90 付近の検出器ピクセルでしか検出されていないことが判りました 。即ち、 YBCOテープの中にある YBCO層は非常に強い集合組織状態になっていることが判りました 。散乱角 90 付近の検出器 ピクセルのデータのみを用いると、 図 4下のように YBCOピークが明瞭に現れてピーク解析ができるようになりました 。 このようにイベントデータ収集法は、データを自由自在に扱えるので実験方法及びデータ解析を最適化することができます。
現 在 検 出 器 が 100%整 備 さ れ 、 中 性 子 源 の 出 力 が100kW程度に増強されたため、測定効率が今まで以上 に高くなっています。
今後も中性子源の出6000
力が徐々に 1MWにlmlnな るまで上がる計画
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安全を保つ技術向上に役立つことが期待
図 3 鉄鋼試料の加熱中にされます。
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図4 YBCOテーフ試験片のセツテイ
ンク方法と 2-D中性子回折パタ ン(上)、散乱角が90。
付 近 の YBCOテー

図1
工学材料
匠j
回折装置 I

プの回折パターン(下)Lanωespacing/nm

JRR-3の実験装置
熱中性子ラジオグラフィ装置 i
TNRFJ
日本原子力研究開発機構 量子ビーム応用研究部門
中性子イメージング・分析研究グ、ループ
松林政仁
原子力機構原子力科学研究所・研究用原子炉 JRR-3に設置してあります熱中性子ラジオグラフィ装置 (TNRF)を紹介します。本装置は、材料や構造物の内部を非破壊で可視化することを目的としています。
本装置の産業界への貢献あるいは応用例としては、以下のようなものがあります。
1)燃料電池セル、水素吸蔵合金及び水素吸蔵合金製品、リチウムイオン電池
2) コンプレッサ一、エンジンヘッド、ロケット用部品、タービンプレード
3) 石材、コンクリ一卜、ボールペンヘッド、アスフアルト混合物
4) 植物の根・茎・花[特徴]1)X線ラジオグラブイでは可視化が困難な金属配管・容器内部の軽元素物質(水、オイルを含む)の可視化に適しています。
2)自動車用エンジン等で多用されているアルミニウム合

金は中性子が透過しやすい材料です。(図1)3)撮影できる視野は 25cm(幅)x30cm(高さ)で、目的に応じて空間分解能(約 50μm~) と時間分解能(毎秒 30フレーム~)を変更することができます。

4)画像データの取得及び再構成計算に時間を要しますが、中性子断層像 (CT)の撮影ができます。(図1)5)中性子ビーム実験の初心者にも分かり易い撮影システ
ムが利用でき、取得画像データは汎用の画像閲覧ソフトウェアでも簡単に見ることができます。
TNRFの装置担当者は原子力機構・量子ビーム応用研究部門の飯倉寛(iikura.
hiroshi@jaea.
go.
jp)です。装置の利用に関してはこちらにご相談下さい。

図 1 小型エンジンヘッド(上)、中性子断層像、赤丸の部分に異物を確認(右上)、積層した断層像力、ら実線の切断面を再構成した画像(右下)eJRR3の研究トピックス
作動状態にある燃料電池の内部を可視化する 一中性子小角散乱は生きたままをみる分析技術 (文献)I
wase&Koizumi etal. NuclInst&Methin
日本原子力研究開発機構 先端基礎研究センター
研 究 主 幹 小 泉 智 、 副主任研究員山口大輔、
特定課題推進委員 プトラアナンダ、岩瀬裕希※(※
現在 東京大学物性研究所)

PhysResA 605(2009)95-98.
原子 力砲帽 醐究用原子炉 (JRRJ)

毘晶量干ピーム

固体高分子形燃料電池は水素の燃焼エネルギーを電力に変換するシステムですが、その心臓部とも 言 えるのが高分子電解質膜です。両面を触媒層でコートした膜電極接合体として利用されています。電池の発電特性を決定する重要な要因はシステム内の水の振る舞いです。燃焼反応による生成水、ガスによって運ばれる加湿水など様々な水が電池の内部には存在します。これらの水は電解質膜を膨潤させ、水素から発生したプロトンの伝導を担うパートナーとなります。 一方で、過剰な水は電池の各所(セバレータやガス拡散層)に停留し、燃料ガスの輸送を妨げる要因ともなります。
そこで、作動状態、にある燃料電池の水を可視化することができれば、発電特性を最適化するための水管理が可能となり、重要な課題の解決に貢献できます。
この要求に応えるために、マイクロメートル以下の構造を計測する中性子(超)小角散乱法とマイクロメートル以上の構造を計測する中性子ラジオグラフィを組み合わせた可視化技術を開発しました(図 1-3&文献参照)。中性子のすぐれた物質透過性を活かして作動状態にある電池の内部を透かして見ょうと 言 う試みです。
ところで、この燃料電池は生命のエネルギー獲得のメカニズムにとても似ています。中性子を用いて「もの」と「生きもの」の境界が見えたらすばらしい。燃料電池が包含するこのような基礎研究課題も中性子で照らし出せると期待しています。なお、本研究は NEDOr
固体高分子形燃料電池実用化戦略的技術開発/基礎的・共通的課題に関する技術開発/物質輸送現象可視化技術」の支援を受けて得られた研究成果です。

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中性子による水の階層積断的観察

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図 1 中性子小角散乱法と中性子ラジオグラフイを組み合わせて作動状態にある燃料電池の水の可視化。小角散乱法は膜電極接合体を、ラジオグラ
フィはセパレータやガス拡散の水を可視化します。
図 2 集光型中性子超小角散乱装置 (SANS-J-II)とラジオグラフィの融合。
ラジオグラフィは試料背面にシンチレータとミラCD力ーを設置し画像を Cメラに誘導します(左上)。
小角散乱測定のときはシンチレータとミラーを上部に移動します(右上)。

NeutronImagingSystemonSANS-J-1

図3 S
ANS-J-IIの試料周り。作動状態の燃料電池(JARI型)の背面にラジオグラフィのカメラを設置。

1

E里G!会活動報告-I
電池材料研究会J
幹 事 神 山 崇(高エネルギー加速器研究機構)
茨城県中性子利用促進研究会[材料構造解析研究会・電池材料構造解析分科会 Jと合同て¥2009年 9月 14日(月)に三菱総合研究所(千代田区大手町)にて「平成 21年度第 1回合同公開研究会 jを開催しました。
参加者は約 30名て¥3件の講演と総合討論が行われました。
今回の研究会では、「薄膜材料リチウムイオン導電体の研究 Jと題してマイク口電池の基礎研究についての講演があリました。パルスレー
ザーデポジシヨン法で製作した薄膜では、アモルファスになりやすく伝導度も高いこと、へテ口界面効果によりイオン伝導度の異なる複数相があること、等が示されました。また、 J-PARCに設置された茨城県の粉末回折装置 iMATERIAや KEKのSuperHRPDの現状について紹介がありました。さらに、 fTOF型中性子回折の解析ソフトウェア Jについて簡単な報告がありました。
最後に総合討論では、電池研究やJ-PARCの装置や利用、さらにソフトウエアなどについて、幅広い議論が行われました。

・ 「磁性材料研究会、物質材料研究会、金属組織研究会J
茨城県中性子利用推進研究会 磁性材料構造解析分科会代表
桑原慶太郎(茨城大学)
茨城県中性子利用促進研究会、 MLF利用者懇談会と合同て¥2009年
9月 18日(金)にいばらき量子ビーム研究センターにて「平成 21年度第1回研究会 jを開催しました。参加者は 29名(内企業関係 5名)でした。
今回は「強磁性金属間化合物の新側面:スピン卜口二クス材料としての有用性 jと題した講演、「強相関 f
電子系における高次多極子秩序 Jと題した話題提供、及び中性子小角散乱を用いた実験の講演が行われ、活発な意見交換と討論が行われました。
今後の活動として県プロジ工ク卜に研究会でテーマを共同提案することや、新しい研究テーマの募集が話し合われました。研究会の後、 J
PARC/ MLFおよび JRR-3ガイドホールの 見 学 会 がおこなわれ、iMATERIAでは真空チャンパーや検出器を身近で見学 し、試料交換機構などの説聞を聞きました。
なお、研究会報告は以下の HPに公開されていますので ご参照ください。
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色加 /kenkyuk剖ai/hokoku.
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1、{残留ひずみ・応力解析研究会j主査秋庭義問(横浜国立大学)
名を講師に招き、参加者 99名(圏外 32人)を集めて有意義なセミナー
I
中性子および放射光を利用した応力・ひずみ測定に関するセミナ J となリました。
これに続く第 5回中性子および放射光による応力評価に関する国際(MECASENS-V/QuBS2009TutorialSerninar)が去る 2009年 11月9日(月)に茨城県水戸合同庁舎において開催されました。本セミナー 会議 (MECASENSV)/第 3回量子ビーム応用研究部門国際シンポジウ
は本研究会とともに茨城県中性子利用促進研究会の小角 WG、集合組ム (QuBS2009)も 186名(圏外 85名)の参加を頂き、成功裏に閉幕する
織 WG
および応力解析 WGの4研究会の合同セミナーとして企画され、 ことができました。協議会の皆様には多大なご協力を頂きましたこと、世界的規模で応力・ひずみ測定に関する中心的な役割を担う著名な 3 ここに感謝いたします。

講習会の開催報告.
[.

-I
物質科学研究会、電池材料研究会、磁性材料研究会J
主査:森井幸生(ひたちなかテクノセンター)、神山崇(高エネルギー加に、リ卜ベルト解析プロク‘
ラム Z
Rietv
eldについての説明や利用実速器研究機構)、武田全康(日本原子力研究開発機構)習を実施しました。これまでに装置を使った方、利用課題が採択されて3研究会は茨城県中性子利用促進研究会「磁性材料・電池材料の構造 いる方がそれぞれ 30名(第 1回)と、 18名(第 2回)参加され、熱心な受講・解析j分科会、 iMATERIA担当者、 SuperHRPD担当者と共催して fiM
ATE
RI，
A 実習・質疑応答があリました 。このフ口グラムは使い勝手が良いので早SuperHRPDユーザーのための Z-Code利用講習会 jを2009年8月22 く配布してほしいとの要望が多数あり、それに対して、 1
1月末から試日と 10月7日に三菱総合研究所で開催し、装置グループが開発してい 験的な配布を始める予定との回答がありました。
る全く新しい粉末結晶構造解析ソフ卜ウエアパッケージ Z-Code、とく.中性子ビーム利用基礎講習会(レベル 1講習会)
日本中性子科学会、日本原子力研究開発機構 J-PARCセンタ一、量子ビーム応用研究部門との共催で、 2009年 11月27日(金)に日本原子力研究開発機構システム計算科学センタ一(東京)にて「中性子ビーム利用墓礎講習会(レベル 1講習会)Jを開催しました。この講習会は、中性子ビーム利用を計画している方、利用し始めの方を対象として、中性子ビ一ム利用実験の基礎的事項について説聞を行うと共に今後の実験に役立てていただくことを目的としています。
参加者は 20名でした。日本を代表する専門家が「中性子利用概論J、[中性子散乱の基礎 Lf反射率測定J、「小角散乱 Lf生体物質単結晶 Lf粉末回折 Lf応力・ひずみ解析 j、「ラジオグラフィ Lr
即発ガンマ線分析 Jの9講義を行いました 。講義では、丁寧に分力、りやすく実例を挙げての説聞や実験手順などの説聞があリ、質疑応答も活発に行われました。殆どの参加者から「中性子を利用した研究を始めたし¥Jとのご希望が寄せられ、大変有意義な講習会になリました。

お知らせ-中性子産業応用セミナー in佐賀・ MLFシンポジウム

開催日 :2月5日(金)13:30~17:40
場 所.
サンメッセ鳥栖(佐賀県鳥栖市本鳥栖町 235-11)
内 容:九州シンク口卜口ン光研究センターと連携して、中性子と放射光の相補的利用技術をご紹介します。

場 所:し¥ばらき量子ビーム研究センター (IQBRC)
内 容目平成 20年 12月から共用を開始した J-PARC/MLFの中性子実験装置を利用した学術および産業利用の成果をご紹介します。

.茨城県ビームライン成果報告会.茨城県中性子利用促進研究会報告会

開催日 :2月 18日(木)13:00~14:30
所:東京ビッグサイ卜(東 4，5，6ホール)(東京都江東区有問 3-11-1)
内 容:平成 20年 12月から共用を開始した茨城県の 2台の中性子回折装置を利用した産業利用の成果をご紹介します。

場

開催日 :3 月 29 日(月 )~31 日(水)開催日 :3 月 30 日(火 )16 : 55~18 : 55

場内

中性子産業利用推進協議会
発行日
発行元

所:いばらき量子ビーム研究センター (IQBRC)
容・茨城県研究会の平成 21年度の活動成果をご報告します。

季報 [09年・冬】 Vo.
l5

2009年 12月25日
中性子産業利用推進協議会
干 319-1106 茨城県那珂郡東海村白方 162-1 いばらき量子ビーム研究センタ -2F D201
TEL:029-352-3934 FAX:029-352-3935 Email:info@jneutron.
com URL:http://www.
jneutron.
com/[